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PLC在轴承套圈余热退火辊底式炉中的应用

晨怡热管 史耀耀 倪颖杰 曾祥模 2008/4/9 22:13:28

摘要: 叙述了某大型辊底式炉在轴承套圈余热退火过程中,采用可编程控制器(PLC)作为控制核心,自动进行工作的机械液压传动控制系统的组成、PLC软件设计及编制。
关键词: 辊底式炉;退火;液压系统;可编程控制器;轴承套圈
中图分类号:TM924.32  文献标识码:A  文章编号:1002-1639(1999)05-0032-03

Application of PLC in the Roller Hearth Furnace for Annealing Bearing Races

SHI Yao-yao,NI Ying-jie,ZENG Xiang-mo

Aircraft Manufacturing Eng.Dept.,North-west Industry Univ.,Xian 710072,China

Abstract: The authors describe the constituent of hydraulic control system and the design of PLC software for some large roller hearth furnace with PLCs as its control centre for annealing bearing races.
Key Words: roller hearth furnace;annealing;hydraulic system;PLC;bearing race

1 前言
  轴承套圈余热退火辊底式炉是一条自动化程度很高的生产线。它由炉体、炉辊、机械传动、液压传动、炉外运输和翻卸料机构以及以可编程控制器为核心的机械液压传动控制系统和煤气辐射管、电热辐射管加热的温度控制系统组成。根据轴承套圈球化退火工艺需要,辊底式炉共分为四大区段:加热段、降温段、球化段、冷却段。辊底式炉外形见文献[3]。
  辊底式炉是轴承套圈坯料在机械加工之前进行退火处理工序的热处理设备,直接决定着轴承套圈的质量(组织和硬度)[2]。这不但要求炉子的温控精确,而且要求其各个机械动作准确、协调,炉辊要有一定的速度。这对保证炉内气氛稳定、精确的控制碳势和提高产品质量都至关重要。
  根据退火工艺要求,料筐进前室门1为快动。此时,由快动电动机带动前室门1外的7根辊子。并经电磁离合器带动前室内的4根过渡辊子,完成料筐快速进入前室。以后,料筐在前室内慢动至加热段炉门2前,电磁离合器又接通加热段炉内4根过渡辊子与前室内3根过渡辊子,在快速电机的带动下,料筐快速进入加热段炉体内。然后,料筐在炉内加热段、降温段由调速电动机通过慢动传动系统分别带动辊子慢速前进。在料筐运行到降温段炉门3前,又通过电磁离合器将炉外辊子与炉内4根过渡辊子结合,快速电动机动作,将料筐送出降温段炉门3。紧接着,在拉曳电机的作用下,完成两个直角转弯。当料筐到达球化段炉门4前时,又进行类似于到达加热段炉门前的动作过程,当料筐传送至13位后,该处行程开关发出信号,在14位无料筐的时候,门外推送油缸将料筐推至14位。一方面,门外推送油缸回位;另一方面,料筐在14位由翻料油缸进行翻料,同时夹紧油缸动作,保证料筐在翻转过程中,不发生滑移。当料筐翻转过135 °时,延时一段时间,翻料油缸开始回位,待翻料油缸反行程复位后,夹紧油缸才松开。紧接着,翻卸料小车在油缸作用下移动,相当于空料筐由14位移至15位。继续又由纵向推送油缸,在16位有小车、且小车上无料筐的情况下,紧接着将料筐步进式向右推送,或者料筐在16位或直接推至17位。进料油缸A或B动作,将空料筐步进式推至过渡位。在过渡位装有行程开关检测有无料筐,以便上料机C或D动作。在装料时间到时,由进料油缸推送料筐至1位或2位,此时导向油缸升起,以保证料筐的位置端正,准备进入炉内,进行退火过程。于是,整个循环过程又周而复始地进行起来[1]

2 机械液压控制系统组成及结构分析
  虽然辊底式炉的机械液压传动控制系统是一个复杂的周期性的操作系统,但系统的输入输出控制基本上是开关量及时间量的控制,具有典型的继电特性,选用传统的继电逻辑控制虽可实现其控制要求,但元器件数量多、接线复杂、故障率高,且时间控制不够准确,电气系统可靠性难以保证。因此决定用PLC作为其控制核心部件。本系统采用了OMRON公司C200H型PLC,它具有以下几个特点:采用积木式结构,由基板和功能模块构成,系统构成灵活,功能强,指令丰富,执行速度快,多样化的通信功能,较好的性能价格比。
  PLC控制系统总体方案设计:控制系统由PLC、控制元件(波段开关、按钮、光电开关、行程开关等)、执行器件(油缸、电机、电磁离合器)组成。其工作原理见文献[3]。
  机械液压控制系统有118个输入信号,92个输出信号。其中输入信号均为DC24V,可直接输入PLC机内。输出信号由于控制对象的不同,分为AC220V和DC24V控制两种。为了防止串线干扰等问题,控制对象为AC220V工作的,输出继电器的电压也为AC220V;控制对象为DC24V工作的,输出继电器的电压也为DC24V。如电动机、电磁阀都为AC220V控制;电磁离合器、指示灯等都为DC24V控制。由于输入、输出点数较多,故采用主机和两个扩展板完成控制任务。

3 可编程控制器软件设计
  机械液压控制系统结构复杂,规模庞大,且可编程控制器软件程序很长,所以只取门外推送和翻料机构为例介绍PLC编程。
  当从冷却段快速送出的料筐触到行程开关后,门外推送料机构由液压缸驱动炉外推送料头,把料筐推到翻卸料机构上。翻料机构由液压缸夹紧料筐,然后翻转135°卸料,经一定时间间隔,最后回转复位。
  门外推送和翻料机构的平面布置和元件安装位置如图1所示。根据工艺需求,其各元件的动作关系如图2所示,由动作关系,设计其控制梯形图如图3所示。

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图1 门外推送和翻料机构的平面布置
及元件安装位置示意图

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图2 门外推送和翻料机构控制流程图

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图3 门外推送和翻料机构控制梯形图

4 结语
  在机械液压控制系统上采用PLC程控器后,在调试、生产、维护各方面都显示了明显的优点。
  (1)工作可靠 抗干扰能力强,通过使用表明,能准确控制工艺条件,动作可靠,系统电气故障大为减少。
  (2)程序修改调试容易 在不改变硬接线的情况下,通过编程器对程序的修改、调试,很快使动作恢复正常,大大减轻了改接线路的劳动强度并减少了经济损失。
  (3)系统功能强大 PLC系统不用考虑按逻辑接线问题,只要将输入、输出模块按定义号接线,其控制逻辑由程序解决。且系统具有强制操作、按地址监控、暂停功能、替代功能等。

作者简介:史耀耀(1959- ),男,副教授.

作者单位:西北工业大学 飞行器制造工程系,陕西 西安 710072

参考文献
[1] 黄 英.辊底炉机械液压系统控制的设计和研究[D].西安:西北工业大学,1994.
[2] 曾祥模.热处理炉[M].西安:西北工业大学出版社,1993.
[3] 史耀耀,张秀莲,曾祥模.大型辊底炉机械液压控制系统的设计[J].工业加热,1999,(2):19-21.

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